機電一體化在機械工程中的應(yīng)用淺析

張相宏

(秦皇島市首鋼長白機械有限公司，河北 撫寧 066311)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及對產(chǎn)品性能要求的不斷提高，電子控制系統(tǒng)在工程機械中所占的比重將會越采越大，其功能將會越采越強，應(yīng)用范圍也將越來越廣，而其復(fù)雜程度也隨之提高，這樣就對使用與維修人員提出了更高的要求。

機電一體化技術(shù)從70年代中期開始在國外工程機械上得到應(yīng)用。80年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起，推動了工程機械制造技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著微型計算機及微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在工程機械上的應(yīng)用，從根本上改變了工程機械的面貌，極大促進了產(chǎn)品性能的提高，使工程機械進入了一個全新的發(fā)展階段。以微機或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)目前在國外工程機械上的應(yīng)用已相當普及，并已成高性能工程機械不可缺少的組成部分。工程機械的機電一體化和智能化將是今后的發(fā)展方向。

1 目前工程機械的電子(微機)控制系統(tǒng)主要功能

(1)電子監(jiān)控、自動報警及故障自診。即對工程機械的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運行狀態(tài)監(jiān)控，工作中一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，能動報警并準確地指出故障的部位，從而改善駕駛員的工作條件，提高機器的工作效率，簡化設(shè)備維護檢查工作，降低使用維修費用，縮短停機維修時間，延長設(shè)備的使用壽命。

(2)節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)率。傳統(tǒng)工程機械的能量利用率較低，例如液壓挖掘機的燃汕能量利用率僅為20%左右，如此低的能量利用率迫使工程機械的發(fā)展必須著眼于節(jié)能。日本小松公司挖掘機所采用的新型節(jié)能控制器(OLLS系統(tǒng))，具有良好的節(jié)能效果，燃汕可節(jié)省23%；日本日立公司挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)采用了卡特電子效率控制系統(tǒng)，通過對發(fā)動機和泵的綜合控制，使功率的利用率可達98%，同時生產(chǎn)率也大大提高。

(3)柴油機的控制。如電子調(diào)速器、電子油門控制裝置、自動停機裝置、自動升溫控制裝置等。

(4)提高作業(yè)精度。為保證成品料的級配精度，現(xiàn)代瀝青及水泥混凝土拌和設(shè)備廣泛采用了微機控制的電子稱量系統(tǒng)，并使計量過程實現(xiàn)了自動化。自動找平系統(tǒng)的應(yīng)用，使瀝青混凝土攤鋪機的施工質(zhì)量有了較大的提高，路面的平整度可達到0.127m/3m。采用超聲波技術(shù)的自動供料系統(tǒng)，使瀝青混凝土攤鋪機的供料實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)，進一步提高了攤鋪質(zhì)量。推土機鏟刀、平地機刮刀、鏟運機鏟斗刀刃的電子(微機)控制，不僅提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率，而且也減輕了操作人員的勞動強度。

(5)作業(yè)過程的自動化或半自動化。工程機械實現(xiàn)自動化或半自動化控制，可以減輕操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)率，并減少因操作者的經(jīng)驗不足，對作業(yè)精度的影響。例如，日本三菱公司的挖掘機設(shè)有挖掘軌跡控制系統(tǒng)，操作者在控制板上設(shè)定耗鏟斗運動軌跡的形狀后，微機控制系統(tǒng)能夠根據(jù)各種角度傳感器的信號，自動控制動臂、斗桿和鏟刀的運動，實現(xiàn)各種特定形狀和斷面溝槽，斜面的精確挖掘，使挖掘作業(yè)實現(xiàn)了自動化。

(6)其他應(yīng)用。一些國外生產(chǎn)的推土機、裝載機、鏟運機等采用了電子控制的自動變速器，其能夠根據(jù)外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比，這不僅充分利用了發(fā)．動機功率，提高了燃油經(jīng)濟性，而且也簡化了操作，降低了勞動強度。為有效地防止翻車和斷臂事故，提高作業(yè)的安全性，現(xiàn)代起重機上廣泛地采用了電子(微機)控制的力矩限制器。為實現(xiàn)無人駕駛，使工程機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業(yè)，某些國外工程機械上設(shè)置了無線遙控裝置。

電子系統(tǒng)的可靠性是現(xiàn)代工程機械非常重要的一項性能指標。由于工程機械一般露天作業(yè)，其直接受到烈日的暴曬、雨霧、強風(fēng)、塵埃等的侵襲，此外還受到強烈的振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾，工作環(huán)境非常惡劣，因此電子控制系統(tǒng)應(yīng)能在-40℃~80℃的環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作；抗老化，具有較長的使用壽命；密封性能好，能防止水分和污物的侵入；較好耐沖擊和抗振性能；較強的抗干擾能力，系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。

工程機械種類繁多，因此各種機型所配備的電器與控制裝置(系統(tǒng))的組成，數(shù)量及復(fù)雜程度等也差別較大。各種自行式工程機械(即靠自身的動力行駛的機械，如壓路機、推土機、攤鋪機等)，所配備的電器與控制裝置基本上可分為車輛電氣設(shè)備與電氣、電子(微機)控制裝置兩大類。

2 車輛電氣設(shè)備

這是各種自行式機械應(yīng)配備的最基本的電器，通常包括以下部分：①電源包括蓄電池、發(fā)電機及其調(diào)節(jié)器。②起動機用于起動發(fā)動機。③點火系用于汽油機，功能是產(chǎn)生電火花，點燃氣缸中的可燃混合氣。④照明及信號設(shè)備包括各種照明和信號燈以及電喇叭、蜂鳴器等，用以保證行駛和施工的人機安全。⑤儀表包括燃油表、機油壓力表、水溫表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表等，用來監(jiān)視發(fā)動機和其他裝置的工作情況。

3 電氣、電子(微機)控制裝置

用于實現(xiàn)各種控制功能。例如，攤鋪機的自動找平裝置及供料自控裝置；電控的電子功率優(yōu)化系統(tǒng)；裝載機、鏟運機變速器的電子控制裝置等。

4 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用將越來越廣泛，地位也越來越重要，設(shè)備使用和管理“以人為本”的原則也說明，作為工程施工中工程機械的使用、維修和管理人員應(yīng)盡快了解和掌握這門技術(shù)，更好地融入科技含量越來越加深厚的現(xiàn)代工程施工中。

[1]王軍.談機電一體化在工程機械中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009，(10).

[2]許海濤.論機電一體化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].China's Foreign Trade，2010，(24).